close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4489

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4489
(13)
C1
(51)
(12)
7
G 01N 24/10
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ФУЛЛЕРЕНОВ
(21) Номер заявки: a 19990243
(22) 1999.03.17
(46) 2002.06.30
(71) Заявитель: Белорусский
государственный
университет (BY)
(72) Авторы: Адашкевич С.В., Лапчук Н.М., Панковец
С.М., Стельмах В.Ф., Федорук Г.Г. (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский государственный
университет (BY)
(57)
Способ определения количества фуллеренов в фуллеренсодержащей саже, включающий подготовку к измерениям исследуемого образца фуллеренсодержащей сажи и его спектроскопические измерения, отличающийся тем,
что спектроскопические измерения осуществляют спектрометром магнитного резонанса, помещают образец в его
резонатор, регистрируют сигналы магнитного резонанса в синфазном и квадратурном режимах с частотой высокочастотной модуляции магнитного поля, причем о количестве фуллеренов в саже судят по величине, равной отношению сигналов в квадратурном и синфазном режимах, умноженному на калибровочный параметр, для разового
определения которого измеряют сигнал IK фуллеренов массы mA, полученных после экстракции калибровочного
образца фуллеренсодержащей сажи, в квадратурном режиме, измеряют сигнал IC сажи массы mB, полученной после экстракции калибровочного образца фуллеренсодержащей сажи, в синфазном режиме, и калибровочный параметр определяют по формуле:
К = (mA/mB)·(IC/IK).
(56)
BUDTOV V.P., et. al. Infrared Spectroscopy of fullerenes С60, С70 and С76. The 3rd International Workshop in
Russia. Fullerenes and Atomic Clusters. IWFA’97. June 30-Jule 4, 1997, St. Petersburg, Russia, h. 167.
PARKER D.H., et. al. High-Yield Synthesis, Separation, and Mass-Spectrometric Characterization of Fullerenes
C60 to C266. // J. Am. Chem. Soc. 1991. - V. 113. - Р 7499-7503.
US 5587476 A, 1996.
Изобретение относится к области диагностики химических веществ и может быть использовано в технологии производства новых углеродных материалов, в частности фуллеренов.
Известен способ определения содержания фуллеренов в фуллеренсодержащей саже, основанный на прямом взвешивании углеродных продуктов после экстракции [1].
Способ характеризуется низкой экспрессностью, поскольку необходимо проведение длительных операций экстракции. Кроме того, точность способа низка, поскольку необходимо взвешивание продуктов до и после экстракции и полная очистка фуллеренов от сорбированного растворителя.
Известен также способ спектроскопического определения содержания фуллеренов по спектрам оптического поглощения [2], заключающийся в измерении величины коэффициента поглощения образца в диапазоне инфракрасного излучения (ИК-диапазоне). Способ не требует проведения операции экстракции.
Однако способ ИК-спектроскопии не позволяет оперативно определять содержание фуллеренов в саже и является разрушающим. Это связано с тем, что для проведения измерений необходима предварительная подготовка
образца, заключающаяся в точном взвешивании и запрессовке сажи в связующее вещество, например, в бромистый калий (КВr). Кроме того, точность способа понижается за счет дополнительного поглощения ИК-излучения
частицами связующего вещества.
BY 4489 C1
Задачей заявляемого объекта является разработка неразрушающего экспрессного способа определения
количества фуллеренов в саже.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе определения количества фуллеренов в фуллеренсодержащей саже, включающем подготовку к измерениям исследуемого образца фуллеренсодержащей сажи и его спектроскопические измерения, спектроскопические измерения осуществляют спектрометром магнитного резонанса, помещают образец в его резонатор, регистрируют сигналы магнитного резонанса в синфазном и квадратурном режимах
с частотой высокочастотной модуляции магнитного поля, причем о количестве фуллеренов в саже судят по величине,
равной отношению сигналов в квадратурном и синфазном режимах, умноженному на калибровочный параметр, для
разового определения которого измеряют сигнал IК фуллеренов массы mA, полученных после экстракции калибровочного образца фуллеренсодержащей сажи, в квадратурном режиме, измеряют сигнал IC сажи массы mB, полученной
после экстракции калибровочного образца фуллеренсодержащей сажи, в синфазном режиме, и калибровочный параметр определяют по формуле:
К = (mA/mB)·. (IC/IK).
Физико-химической основой предлагаемого способа являются установленные авторами закономерности
релаксационных характеристик парамагнитных центров, находящихся в различных углеродных матрицах - в
упорядоченных фуллеренах и их ассоциациях и в неупорядоченных углеродных кластерах (частицах сажи).
Методами стационарной и нестационарной спектроскопии было установлено, что характерные времена релаксации возбужденных состояний в спиновой системе фуллеренов τ > 10-5 с, а в системе неупорядоченных кластеров
τ < 10-5 с. При использовании в стационарных режимах радиоспектроскопии высокочастотной модуляции (ВЧмодуляции) магнитного поля с периодом Т ≈ 10-5 с и режиме синхронного детектирования при выполнении операции
регистрации спектра электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в этих условиях будут иметь место только следующие варианты:
1) при синфазном детектировании сигнала ЭПР (фаза опорного напряжения и фаза сигнала ЭПР на входе
синхронного детектора совпадают) будет регистрироваться сигнал только от парамагнитных центров с
τ < 10-5 с и подавляться сигнал от центров с τ > 10-5 с (квадратурный сигнал), что обеспечивает регистрацию
парамагнитных центров, связанных с системой неупорядоченных кластеров (частиц сажи);
2) при квадратурном детектировании сигнала ЭПР (фаза опорного напряжения и фаза сигнала ЭПР отличаются на 90°) будет регистрироваться сигнал ЭПР от центров с τ > 10-5 с и подавляться сигнал от центров с
τ < 10-5 с, чем будет обеспечена регистрация сигнала, связанного с парамагнитными центрами в упорядоченной структуре фуллеренов.
Таким образом, с помощью радиоспектроскопического метода в синфазном и квадратурном режимах детектирования сигнала ЭПР можно разделить сигналы парамагнитных центров системы фуллеренов, находящейся в смеси с неупорядоченными углеродными кластерами (сажей) без выполнения технологической операции экстракции
фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи. Количество парамагнитных центров в системе фуллеренов и в системе
углеродных кластеров, выступающих как информационные спин-метки, пропорционально количеству анализируемых проектов. Коэффициенты пропорциональности между величиной сигналов ЭПР и массой контролируемых
проектов устанавливаются с помощью операций калибровочных измерений заданных количеств экстрагированных
фуллереновых продуктов и остаточной сажи и используются затем при выполнении операций определения содержания фуллеренов в фуллеренсодержащей саже.
Техническое решение поясняется следующим примером. Регистрация спектров ЭПР проводилась на радиоспектрометре RadioPAN SE/X-2543 при частоте модуляции постоянного магнитного поля fm = 100 кГц.
Пример 1.
Для выполнения разовой операции калибровки производили раздельный вакуумный отжиг при 420 К
фуллеренов и сажи, полученных после технологической операции экстракции фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи, образованной в результате электродуговой деструкции графитовых стержней в гелиевой
среде.
После отжига взвешивали фуллерены (mA = 1,5 мг) и сажу (mВ = 9 мг) и размещали их в диагностические
ампулы для радиоспектроскопических измерений. Измеряли величину синфазного сигнала (IС = 123) сажи и
квадратурного сигнала (IК = 3,7) фуллеренов на радиоспектрометре в соответствии с инструкцией к радиоспектрометру.
Калибровочный параметр К вычисляли по формуле:
К = (mA/mВ)·. (IС/IК) = (1,5/9)·(123/3,7) = 5,54.
В дальнейшем калибровочный коэффициент К использовали при выполнении операций определения содержания фуллеренов в фуллеренсодержащей саже. Для чего взвешивали контролируемую фуллеренсодержащую
сажу непосредственно после ее получения в дуговой установке (до экстракции) mC = 7 мг. Помещали контролируемый продукт в диагностическую ампулу и размещали ампулу в измерительном резонаторе радиоспектрометра в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Настраивали радиоспектрометр на режим регистрации
сигнала ЭПР IС с частотой ВЧ-модуляции 100 кГц и регистрировали сигнал магнитного резонанса IС = 96.
Настраивали радиоспектрометр на режим регистрации квадратурного сигнала (сдвиг фазы 90° по отношению к опорному сигналу ВЧ-модуляции) и регистрировали сигнал IК = 1,7.
BY 4489 C1
Устанавливали соотношение:
IК/IС = 1,7/96 = 0,0177
и определяли содержание фуллерена в фуллеренсодержащей саже по формуле:
mA/mВ = К . (IС/IК) = 5,54 . 0.0177 = 0,098.
Полученное значение относительного содержания фуллеренов позволяет вычислить и полное их количество в фуллеренсодержащей саже, поскольку
mC = mA + mВ, тогда mC/mA = 11,2041 и mA = 0,625 мг.
Это может быть использовано для оптимизации технологии получения и полноты экстракции фуллеренов
из фуллеренсодержащей сажи.
Полученное значение mA/mВ характеризует эффективность синтеза фуллеренов в дуговой установке. Измеренное известным способом прямого взвешивания очищенных от растворителя фуллеренового продукта
mAЭ и остаточного продукта mВЭ после экстракции в течение 2 часов в аппарате Сокслета с использованием в
качестве растворителя толуола дали значение:
mAЭ = 0,5 мг, mВЭ = 6,5 мг и mAЭ/mВЭ = 0,077 < mA/mВ.
Данное соотношение указывает на неполную экстракцию фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи при
указанных условиях экстракции, что было подтверждено после проведения дополнительных операций по
увеличению степени экстракции, т.е. данный способ эффективен и при оптимизации технологии экстракции.
Пример 2.
Для проверки работоспособности способа исследовали эталонный образец. Взвешенные после отжига фуллерены (mA = 0,75 мг) и сажу (mВ = 4,5 мг) смешивали и размещали в диагностическую ампулу для радиоспектроскопических измерений. Ампулу размещали в измерительном резонаторе радиоспектрометра в соответствии
с инструкцией по эксплуатации. Настраивали радиоспектрометр на режим регистрации сигнала ЭПР IС с частотой ВЧ-модуляции 100 кГц и регистрировали сигнал магнитного резонанса IС = 61,5.
Настраивали радиоспектрометр на режим регистрации квадратурного сигнала (сдвиг фазы 90° по отношению к опорному сигналу ВЧ-модуляции) и регистрировали сигнал IК = 1,8.
Устанавливали соотношение:
IК/IС = 1,8/61,5 = 0,0293
и определяли содержание фуллерена в фуллеренсодержащей саже по формуле:
mA/mВ = К . (IС/IК) = 5,54 . 0,0293 = 0,162.
Для эталонного образца mA/mВ = 0,75/4,5 = 0,167, что соответствует погрешности в 3 %.
Таким образом, предложенный способ определения содержания фуллеренов в фуллеренсодержащей саже
отличается от известных способов следующими преимуществами:
1) является неразрушающим, поскольку не требует выполнения разрушающих состав материала операций
прессовки контролируемого вещества со связующим;
2) является экспрессным, поскольку не требует выполнения операций взвешивания наполнителя и связующего и проведения длительных и трудоемких операций прессования.
Источники информации:
1. Parker D.Н., Wurz P., Chatterjee K., Kykke К.R., Hunt J.E., Pellin M.J., Hemminger J.C., Gruen D.M., Stock
L.M. // J. Am. Chem. Soc. - 1991. - V 113. - P 7499.
2. Budtov V.P., Haikin S. Ya. et. al. Infrared Spectroscopy off fullerenes C60, C70 and C76. - In book of abstracts
of the 3rd International Workshop in Russia. Fullerenes and Atomic Clusters – IWFAC’97. June 30 - July 4, 1997. St.
Petersburg, Russia. - P. 167.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
143 Кб
Теги
патент, by4489
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа